变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究

摘要

风力发电正在以前所未有的速度发展,变速恒频风力发电是一项新技术.进行变速恒频风力发电机控制技术研究,对提高我国风力发电的技术水平与开发具有自主知识产权的风电机组具有重要的意义.在总结国内外相关技术研究的基础上,根据我国对变速恒频风力发电关键技术的需求,本文对变速恒频双馈风力发电机的励磁控制技术进行了系统深入的研究.主要内容如下:运用定子磁场定向矢量控制的分析方法,在dq轴同步旋转坐标系统下建立了双馈电机输出功率与电机和励磁控制参数的数学表达式,有效地反映了转子励磁电流的幅值、相位、频率对输出功率的控制作用.功率控制模型和仿真结果表明:双馈电机输出有功功率中的异步分量和无功功率的不可控分量具有感应电机的特点,而有功功率中的同步分量和无功功率的可控分量则具有同步电机的特点.该分析方法揭示了双馈电机的运行特点和控制特性,为其励磁控制技术的研究奠定了理论基础.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1课题背景

1.2变速恒频风力发电机组的应用现状

1.3双馈发电机励磁控制技术的发展

1.4变速恒频双馈发电机励磁系统的关键技术和研究热点

1.5论文的主要工作

2变速恒频双馈风力发电机定子磁场定向矢量控制

2.1引言

2.2变速恒频双馈风力发电机组的结构特点与工作原理

2.3双馈电机在三相静止坐标系(abc)下的数学模型

2.4双馈电机定子磁场定向矢量控制原理

2.5双馈发电机的功率传递关系

2.6双馈发电机的功率因数调节特性

2.6.1功率因数调节特性分析

2.6.2功率因数控制模型

2.7双馈发电机的功角特性

2.8双馈发电机有功功率和无功功率的矢量控制

2.9双馈发电机机械特性的矢量控制

2.10转子励磁电压的控制

2.11小结

3变速恒频风力发电机励磁系统逆变技术研究

3.1引言

3.2 SPWM信号的产生与控制

3.2.1 8XC196MC单片机的基本性能

3.2.2 SPWM的参数计算

3.2.3实验结果分析

3.3 SPWM约束条件的研究

3.3.1调制度

3.3.2线性调制(M≤1)

3.3.3过调制(M＞1)

3.4 SPWM波形的优化

3.4.1 TPWM的波形分析

3.4.2实验结果分析

3.4.3载波比的选取原则

3.5小结

4变速变桨距风电机组建模与控制技术研究

4.1引言

4.2变速变桨距风电机组的数学模型

4.2.1变速变桨距风电机组模型结构

4.2.2风速模型

4.2.3风力机模型

4.2.4励磁控制器模型

4.2.5双馈发电机控制模型

4.2.6变桨距控制模型

4.3双馈发电机励磁控制系统的控制策略研究

4.3.1双馈风力发电机励磁控制策略分析

4.3.2基于定子功率因数的励磁控制策略研究

4.4低于额定风速时的双馈发电机励磁控制策略

4.4.1低于额定风速时双馈风力发电机的运行特点

4.4.2低于额定风速时的励磁控制策略

4.4.3控制过程分析

4.4.4最佳风能捕获的控制算法

4.5高于额定风速时的双馈发电机励磁控制策略

4.5.1基本控制策略和系统框图

4.5.2高于额定风速时的恒功率励磁控制算法

4.6双馈发电机励磁控制系统仿真

4.7小结

5 VSCF双馈发电机模拟系统设计与实验研究

5.1引言

5.2励磁控制系统的基本功能

5.3双馈风力发电机的变速恒频控制

5.4 VSCF双馈风力发电机的恒定电压控制

5.5 VSCF双馈发电机并网控制

5.6三态转换控制技术

5.7功率因数测量与控制

5.8小结

结论

参考文献

在学位研究成果

致谢